Hochleistungsbeton vereinfacht Kühlturmbau

Unbeschichtet, normenkonform, pumpbar und von heller Farbe: Innovativer CEMEX-Beton mit hohem Säurewiderstand zeigt bei Erweiterung des Vattenfall-Kraftwerks Boxberg wirtschaftliche und technologische Vorteile

155 Meter hoch wird er werden, der Naturzugnasskühlturm des zusätzlichen Kraftwerksblocks, den Vattenfall Europe Generation AG & Co. KG zurzeit auf dem Gelände des Braunkohlekraftwerks Boxberg im sächsischen Oberlausitzkreis errichtet. Nach seiner Inbetriebnahme 2010 soll der 675-MW-Block mit einen Netto-Wirkungsgrad von mehr als 43,6 Prozent einen Spitzenwert an Energieeffizienz vorweisen.

Zwei Drittel seiner Gesamthöhe hat der Kühlturm bereits erreicht. Die Kühlturmschale, den Steigeschacht und die Unterstützungskonstruktion für die Abgaseinleitung stellt die Heitkamp Ingenieur- und Kraftwerksbau GmbH, Herne, aus 7.500 Kubikmetern Spezialbeton der CEMEX Deutschland AG her, einem Hochleistungsbeton mit hohem Säurewiderstand. Diese Eigenschaft hatte die Ausschreibung gefordert, weil die Abgasleitungen des neuen Blocks in seinen Kühlturm integriert werden. Dabei vermischen sich die sulfathaltigen Abgase mit den Kühlturmschwaden und kondensieren an der Kühlturmschale zu aggressiver Schwefelsäure.

Vorn der neue Kühlturm des Kraftwerks Boxberg von Vattenfall Europe Mining & Generation. Seine Schale besteht aus einem neuartigen Hochleistungsbeton der CEMEX Deutschland AG

Der neu entwickelte Hochleistungsbeton erfüllt hinsichtlich seiner Zusammensetzung die Anforderungen der DIN 1045 und zeigt bei Baustoffeigenschaften und Verarbeitbarkeit deutliche Vorteile: Sein Säurewiderstand ist so hoch, dass innerhalb des geplanten Betriebszeitraums des Kraftwerks von vierzig Jahren nur geringe Abtragungen an der Innenseite der Kühlturmschale zu erwarten sind. Deshalb kann auf einen Schutzüberzug des Betons – wie in Expositionsklasse XA3 (chemisch stark angreifende Umgebung) üblicherweise gefordert – in diesem Fall verzichtet werden. Gerade die aufwändige Erneuerung des bei derartigen Bauwerken standardmäßig vorgesehenen Oberflächenschutzes während eines Kraftwerkslebens führt zu Stillstandszeiten und verursacht Kosten für den Betreiber.

Dipl.-Ing. Ulrich Starkmann, als Projektleiter bei der CEMEX Deutschland AG für die betontechnologische Seite des Bauvorhabens zuständig: „Zum einem haben wir das Betongefüge durch den Einsatz bestimmter Ausgangsstoffe wie Feinstflugasche möglichst dicht gestaltet, um von vornherein das Eindringen von Schadstoffen zu minimieren. Zum anderen haben wir den Zementgehalt auf 270 kg/m³ reduziert, weil der Zement es ist, der den Säuren eine Angriffsfläche bietet.“

Die Verwendung von Feinstflugasche in einem Beton mit hohem Säurewiderstand ist einer Premiere. Noch einmal um Faktor 10 feiner als normale Flugasche übernimmt und optimiert sie die Funktion, die bislang Microsilika erfüllte. Im Zusammenspiel mit einem Portlandhüttenzement CEM II/B 42,5 R NA aus dem Werk Rüdersdorf der CEMEX OstZement GmbH verleiht sie dem Beton neben den erforderlichen Eigenschaften einen hellen freundlichen Farbton.

Der Spezialbeton zeigt sich verarbeitungsfreundlich: Im unteren Ringbalkenbereich konnte das ausführende Unternehmen Heitkamp den Beton mit einer Autobetonpumpe einbauen

Bei einem relativ niedrigen Wasserbindemittelwert von 0,42 stellen PCE-Hochleistungsfließmittel der CEMEX Admixtures GmbH sommers wie winters eine gute Verarbeitbarkeit sicher. Der Beton fällt in den Konsistenzbereich F4 und ist im Vergleich zu bisher eingesetzten Hochleistungsbetonen deutlich weniger klebrig: Im unteren Ringbalkenbereich konnte das Unternehmen Heitkamp den Beton bis in eine Höhe von 8 Metern mit einer Autobetonpumpe einbauen und mehrere Arbeitstage einsparen. Wo die Schale in die Stützen einbindet, ist sie mit 82 Zentimetern besonders dick, in den oberen Bereichen verschlankt sie sich bis auf 18 Zentimeter. Hier wird der Beton mittels Krankübel in die Kletterschalung eingebracht und zeigt bei Ausschal- und Kletterfestigkeiten gute Werte. Das tägliche Betonageziel ist ein Schalenring von einem Meter Höhe. Je nach Dicke und Radius der Kühlturmschale liegen die täglichen Betoniermengen zwischen 40 und 120 Kubikmetern Beton. Der größte Durchmesser im Bereich des Wasserbeckens misst 103 Meter, die Kühlturmtaille vergleichsweise schlanke 60,4 Meter.

Die CEMEX-Tochter Transmobil Baustoff GmbH versorgt die Baustelle aus einer leistungsfähigen radmobilen Baustellen-Betonmischanlage mit einem 3-Kubikmeter-Doppelwellen-Zwangsmischer, drei Silos mit 80 Tonnen Fassungsvermögen und einem Reihendoseur für vier Zuschlagstofffraktionen. Der Bauherr hatte vorgegeben, den Spezialbeton auf einer eigenen Anlage direkt auf der Baustelle herzustellen.

Die Betontechnologen von CEMEX Deutschland setzen auf eine lückenlose Qualitätssicherung und legen strengere Maßstäbe an, als die Norm es fordert. Erlaubt die DIN 1045-2 im Konsistenzbereich F4 ein Ausbreitmaß von 490 bis 550 Millimetern, legt sich der Betonhersteller hier auf 500 bis 540 Millimeter fest. Seine Baustoffprüfer nehmen an der Mischanlage kontinuierlich Eingangskontrollen der Ausgangsstoffe vor. Eine besondere Bedeutung kommt der Überwachung des Wassergehalts zu, um maximal konstante Verarbeitbarkeit und Betoneigenschaften zu garantieren.

CEMEX Deutschland konnte bereits bei der Belieferung verschiedener Kraftwerke Erfahrungen sammeln, unter anderem beim welthöchsten Kraftwerkskühlturm im nordrhein-westfälischen Niederaußem. „Dort kam der erste sogenannte Kühlturmbeton mit erhöhter Säurewiderstandsfähigkeit zum Einsatz, allerdings ging die Zusammensetzung noch weitgehend auf Vorgaben des Kunden zurück. Wir haben uns dann in eigener Kompetenz an die Weiterentwicklung gemacht“, erklärt CEMEX-Technologe Ulrich Starkmann, der den Beton für das Kraftwerk Boxberg gemeinsam mit Prof. Dr. Rolf Silbereisen, Director Product Technology von CEMEX Deutschland, und den Fachleuten des CEMEX-Betonlabors in Rüdersdorf entwickelte. Einen Teil der Untersuchungen übernahm die LPI Ingenieurgesellschaft mbH aus Hannover, die für den Bauherren Vattenfall auch als betontechnologische Beraterin fungiert.

Dr. Roland Hüttl von der Materialprüfanstalt (MPA) Berlin-Brandenburg testete die verschiedenen Zusammensetzungen hinsichtlich ihrer Säurebeständigkeit. Das Verfahren stammt – ebenso wie die Grundlagenarbeit für die Entwicklung des Betons mit hohem Säurewiderstand – von der TU Berlin und gilt zurzeit bei Projektausschreibungen von Energieversorgern als Standard. Die MPA ließ Probekörper aus verschiedenen Mischungen über ein Vierteljahr mit Säure beregnen, zugleich unterlagen die Oberflächen teilweise einer mechanischen Beanspruchung. Während des Versuchs kontrollierten die Experten die Abtragungsraten, nach Ablauf von drei Monaten die maximale Schädigungstiefe. Sie gibt in der Zusammensicht mit anderen Prüfdaten wie Porosität, Restalkalität und Chlordiffusionswiderstand Aufschluss über die Säurebeständigkeit des Betons.

Betontechnologe Ulrich Starkmann: „Unser neuartiger Beton mit hohem Säurewiderstand findet seine Verwendung bei Bauwerken, die aggressiven Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Zunächst macht seine Zusammensetzung eine zusätzliche Beschichtung überflüssig. Als weiteren Vorteil bringt er eine gute Verarbeitbarkeit mit und er ist sogar pumpbar.“